暗共振的相干微擾與Bogoliubov變換研究

《暗共振的相干微擾與Bogoliubov變換研究》是依託華中師範大學，由胡響明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：暗共振的相干微擾與Bogoliubov變換研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡響明
• 依託單位：華中師範大學

項目摘要

三能級∧原子與兩個準單色場發生共振相互作用時，原子並不被激發，而只在兩個基態之間進行雙光子共振（暗共振），進入基態相干疊加態（暗態），光場吸收和色散均消失。輕微調諧光場引入相干微擾，可誘導許多高階非線性作用，導致光場和自旋壓縮。由於暗共振和相干微擾交織在一起，傳統理論是求解12個海森堡-朗之萬方程，很難分辨哪些高階非線性對壓縮態起作用。另一方面，光場壓縮態可由玻戈留波夫變換從真空態產生，本質是物質不被激發時發生的參量雙光子過程。我們面臨的問題是：原子保持在暗態時相干微擾是否能建立類似的參量過程與玻戈留波夫變換？本項目擬對此進行研究，分四個方面。一、暗共振和相干微擾的分離與腔內光場相對模的參量雙光子過程；二、暗態原子自旋的參量過程；三、暗共振窗的相干調控與多模光場相互作用；四、暗共振窗內不同自旋之間的非線性作用。項目意義是揭示近暗態系統中隱藏的參量過程，為利用暗態製備量子態提供理論依據。

結題摘要

本項目主要研究了光與原子在近共振作用條件下的定態量子噪聲抑制。量子噪聲壓縮定義為光場或者原子的量子噪聲被抑制到低於真空態或者相干態噪聲水平，它們所處的狀態稱為壓縮態。壓縮態原則上依賴於類雙光子過程得以產生。類雙光子過程一般隱秘在複雜耦合系統中，通常被真空環境噪聲和原子自發輻射淹沒。如何讓類雙光子過程的效應能夠凸顯出來，是研究光與物質相互作用的重要任務之一。通常人們可能選擇遠離共振，幾乎不激發原子，只留下色散相互作用。此時，色散作用很弱，不能滿足強耦合的需要。強耦合必定依賴近共振相互作用，但相伴隨的另一面就是自發輻射同樣很強。有一類近共振情形非常引人注意，那就是所謂的“暗共振”。典型的系統是三能級系統，它有兩個基態或亞穩態，一個激發態，從兩個基態到激發態為電偶極允許躍遷，這兩個躍遷構成型。通常求解耦合方程的辦法很難尋求其中的量子噪聲壓縮機制。然而，這樣的三能級原子與兩個準單色場發生共振相互作用時，原子並不被激發，而只在兩個基態之間進行雙光子共振（暗共振），進入基態相干疊加態（暗態），光場吸收和色散均消失。將需要控制的弱光場套用到暗共振附近，可誘導相干微擾，產生非線性作用。我們的工作就是試圖分離暗共振和相干微擾，尋求雙模壓縮的機制。我們也考察在一般近共振作用條件下的定態量子噪聲抑制。原則上，我們利用近共振綴飾原子的躍遷，它伴隨一個光子的湮滅和另一個光子的產生。原子對光場的絕熱回響就建立了雙模光場的雙光子過程。這構成原子作為人工庫的基本原理。當人工庫的離散速率遠遠超過真空離散和自發輻射速率時，人工庫就起著決定作用，克服了真空起伏和自發輻射的障礙。同樣的原理可用於原子系綜的自旋和機械振子。主要成果與進展可總結為三個方面。原子近共振誘導光場的雙模或者多模壓縮；非線性誘導自旋與自旋或者原子與機械振子的雙模壓縮；光腔反饋誘導螢光譜線的極端窄化和光場強度交叉關聯的開關行為。